超支化聚己内酯对聚乳酸/滑石粉共混体系的增韧改性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.005

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (8): 26-33.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.005

超支化聚己内酯对聚乳酸/滑石粉共混体系的增韧改性研究

张雨森¹, 帖锐¹, 李紫鸣¹, 廖保胜¹, 郭润奇¹, 靳玉娟¹(), 张哲¹, 蒋苏臣¹^,²

^1.北京工商大学轻工科学与工程学院，北京 100048
^2.扬州惠通新材料有限公司，江苏扬州 225000

收稿日期:2024-09-05 出版日期:2025-08-26 发布日期:2025-07-30
通讯作者: 靳玉娟（1983—），女，教授，从事生物与降解高分子材料的改性研究，jinyujuan@th.btbu.edu.cn
E-mail:jinyujuan@th.btbu.edu.cn

Study of toughening modification of poly（lactic acid）/talc blends with hyperbranched polycaprolactone

ZHANG Yusen¹, TIE Rui¹, LI Ziming¹, LIAO Baosheng¹, GUO Runqi¹, JIN Yujuan¹(), ZHANG Zhe¹, JIANG Suchen¹^,²

^1.College of Light Industry Science and Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.Yangzhou Huitong New Material Co，Ltd，Yangzhou 225000，China

Received:2024-09-05 Online:2025-08-26 Published:2025-07-30
Contact: JIN Yujuan E-mail:jinyujuan@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以己内酯（ε⁃CL）为原料，2，2⁃双羟甲基丙酸（DMPA）为引发剂，辛酸亚锡为催化剂，使用开环⁃缩聚法合成超支化聚己内酯（HPCL），并对产物进行表征。将HPCL作为改性剂添加到聚乳酸/滑石粉（PLA/Talc）共混体系中，并对PLA/滑石粉/HPCL共混体系进行红外、扫描电子显微镜（SEM）、热性能、力学和熔体流动速率测试。结果表明，PLA/滑石粉/HPCL的结晶度随着HPCL含量的增加先增大后减小，当HPCL添加量为4份时，结晶度达到最大值25.14 %； HPCL的加入改善PLA/滑石粉共混体系的流动性，当HPCL添加量为7份时，其熔体流动速率相比PLA/滑石粉共混体系提升了74.6 %；此外，HPCL的加入可以对PLA/滑石粉共混体系起到增韧作用，当HPCL含量为7份时，其断裂伸长率较PLA/滑石粉提升了65.27 %，冲击强度提升了80.28 %。

关键词: 超支化聚己内酯, 聚乳酸, 结晶度, 增韧

Abstract:

Hyperbranched polycaprolactone （HPCL） was synthesized via ring⁃opening condensation polymerization of ε⁃caprolactone using 2，2⁃dihydroxymethylpropionic acid as the initiator and stannous octoate as the catalyst. The synthesized HPCL was characterized and subsequently incorporated into a poly（lactic acid）（PLA）/talc blend. The PLA/talc/HPCL blends were systematically evaluated using infrared spectroscopy， morphological analysis， thermal analysis， mechanical testing， and melt flow rate measurements. Results demonstrated a non⁃monotonic relationship between HPCL content and crystallinity， with the maximum crystallinity （25.14%） achieved at 4 phr HPCL loading. The HPCL addition significantly enhanced the blend's processability， exhibiting a 74.6% improvement in melt flow rate at 7 phr HPCL loading compared to the unmodified PLA/talc blend. Notably， the HPCL modification substantially improved the blend's toughness. With 7 phr HPCL， the blends revealed an increase in elongation at break by 65.27% and impact strength by 80.28% relative to the baseline PLA/talc system. These findings demonstrate HPCL's effectiveness as a multifunctional modifier for simultaneously enhancing the crystallinity， processability， and mechanical properties of PLA/talc blends.

Key words: hyperbranched polycaprolactone, poly（lactic acid）, crystallinity, toughening

中图分类号:

TQ321

张雨森, 帖锐, 李紫鸣, 廖保胜, 郭润奇, 靳玉娟, 张哲, 蒋苏臣. 超支化聚己内酯对聚乳酸/滑石粉共混体系的增韧改性研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 26-33.

ZHANG Yusen, TIE Rui, LI Ziming, LIAO Baosheng, GUO Runqi, JIN Yujuan, ZHANG Zhe, JIANG Suchen. Study of toughening modification of poly（lactic acid）/talc blends with hyperbranched polycaprolactone[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 26-33.

图/表 8

图1 HPCL的合成

Fig.1 Synthesis of the HPCL

图2 HPCL的13C⁃NMR谱图

Fig.2 13C⁃NMR spectra of the HPCL

图3 （a） DMPA、ε⁃CL、HPCL及（b）PLA/滑石粉/HPCL共混物的FTIR谱图，（c） PLA/滑石粉/HPCL共混物的氢键作用示意图

Fig.3 FTIR spectra of （a）DMPA，ε⁃CL，HPCL and （b） PLA/Talc/HPCL blends，（c）schematic diagram of hydrogen bonding interaction of the PLA/Talc/HPCL blend

图4 PLA/滑石粉/HPCL共混物的热性能

Fig.4 Thermal performance of the PLA/Talc/HPCL blends

样品	T_c/℃	△H_c/ J·g^-1	T_m1/ ℃	T_m2/ ℃	△H_m/ J·g^-1	X_c/%
PLA	99.96	—	—	172.36	10.38	15.83
PLA/滑石粉	105.23	21.79	156.22	164.44	16.02	24.42
1份HPCL	104.82	22.50	156.29	164.70	15.71	23.95
2份HPCL	104.41	21.47	155.94	164.52	16.21	24.71
3份HPCL	104.48	21.85	155.91	164.46	16.41	25.02
4份HPCL	104.68	21.53	155.94	164.42	16.49	25.14
5份HPCL	104.10	21.35	155.89	164.50	15.72	23.97
7份HPCL	103.91	20.32	156.03	164.55	15.40	23.48
10份HPCL	102.57	19.21	156.25	165.01	14.54	22.17

表1 PLA/滑石粉/HPCL共混体系的DSC数据

Tab.1 DSC data of the PLA /Talc/HPCL blends

样品	T_{d5 %}/℃	T_{d10 %}/℃	T_dmax/℃
PLA	358.87	366.37	391.73
PLA/滑石粉	297.07	320.56	360.24
1份HPCL	307.99	324.83	360.84
2份HPCL	302.99	319.31	359.44
3份HPCL	290.97	310.66	360.07
4份HPCL	291.97	308.95	356.67
5份HPCL	292.64	309.62	353.53
7份HPCL	298.25	310.94	351.98
10份HPCL	297.13	309.32	332.59

表2 PLA/滑石粉/HPCL共混体系的TG数据

Tab.2 TG data of the PLA/Talc/HPCL blends

图5 样品的力学性能

Fig.5 Mechanical performance of the samples

图6 PLA/滑石粉/HPCL共混物的的SEM照片

Fig.6 SEM images of the PLA/Talc/HPCL blends

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超支化聚己内酯对聚乳酸/滑石粉共混体系的增韧改性研究

Study of toughening modification of poly（lactic acid）/talc blends with hyperbranched polycaprolactone

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